超聲造影劑微泡模型的數(shù)值仿真研究.pdf

1、超聲成像與核磁共振成像等其他醫(yī)學(xué)成像技術(shù)相比，其圖像質(zhì)量較低。超聲造影劑微泡優(yōu)良的散射特性大大增強(qiáng)了散射信號(hào)，提高了圖像的質(zhì)量；其非線性振動(dòng)過程產(chǎn)生的二次諧波也能用于成像并改善圖像質(zhì)量。此外，造影劑微泡還可作為能到達(dá)身體任何部位的可被監(jiān)測的微球型運(yùn)載工具，故可用于靶向治療的藥物和基因釋放。 超聲造影劑主要的研究方法包括試驗(yàn)研究和理論研究。其中模型研究主要通過在一定的假設(shè)條件下，建立造影劑微泡的動(dòng)力學(xué)模型，通過解析或數(shù)值仿真研究數(shù)

2、值方程各聲學(xué)參數(shù)以及注入時(shí)間等參數(shù)對(duì)造影劑散射特性的影響，對(duì)造影劑的聲學(xué)特性進(jìn)行定量分析。 本論文將三種典型的動(dòng)力學(xué)模型，即Herring、Allen和Hoff模型，應(yīng)用于三種不同類型材料的造影劑（Optison，SonoVue和Sonavist），并通過與已有的試驗(yàn)結(jié)果比較，分析各個(gè)模型的對(duì)不同造影劑在一次諧波和二次諧波以及次諧波方面的預(yù)測能力。并從中選擇了相對(duì)較優(yōu)的模型分析了Optison造影劑的最優(yōu)參數(shù)，為造影劑的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3、提供參考。此外，論文還分析比較了各個(gè)模型在次諧波方面的預(yù)測能力以及特點(diǎn)。 本文的研究表明： （1）在一次諧波和二次諧波的數(shù)值仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較方面，對(duì)于Optison造影劑，Hoff模型對(duì)一次諧波的仿真結(jié)果最接近于試驗(yàn)結(jié)果，而Allen模型的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相差最大；Hoff模型在計(jì)算一次諧波方面最為穩(wěn)定，受超聲壓力的影響不大；隨著壓力的增大，Allen模型計(jì)算的二次諧波越來越接近于試驗(yàn)測得的結(jié)果，Hoff模型對(duì)

4、二次諧波的仿真結(jié)果的變化趨勢和變化幅度與試驗(yàn)結(jié)果最為接近。對(duì)于SnonoVue造影劑，三個(gè)模型對(duì)一次諧波的仿真結(jié)都不理想，Allen模型的二次諧波的仿真結(jié)果較理想。對(duì)Sonavist造影劑，Allen模型的仿真結(jié)果最接近于試驗(yàn)結(jié)果，Hoff模型的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相差最大。 （2）對(duì)次諧波的數(shù)值仿真結(jié)果綜合看出，Herr模型在計(jì)算次諧波的時(shí)候是最為穩(wěn)定的，Hoff模型計(jì)算出的最小聲壓普遍偏大，Allen模型對(duì)于次諧波非常敏感，對(duì)

5、于Sonavist造影劑在很小的驅(qū)動(dòng)聲壓下即可觀察到次諧波，并且對(duì)于SonoVue造影劑出現(xiàn)二次諧波大于一次諧波的情況。就Herr模型對(duì)于三種造影劑的仿真結(jié)果看來，SonoVue產(chǎn)生次諧波所需要的最小聲壓最小，Optison所需的最小聲壓最大，且在一定的頻率之后隨著驅(qū)動(dòng)頻率的增加所需的最小聲壓也增大。 （3）由Hoff模型對(duì)Optison造影劑的仿真分析結(jié)果可以看出，在造影劑半徑大于1.6μm，包膜厚度大于大于12nm，剪切模量